1、过程控制系统实践训练工程实践训练报告课题名称 过程控制系统实践训练专业班级 姓 名 学 号 指导教师 2014 年 01 月 03 日第1章 工程实训的目的与任务1.1 工程实践综合训练目的通过对THJ-2型高级过程控制对象系统工作原理、系统结构的了解，以及对系统各模块的测试和调试，培养学生的工程实践能力，进一步提高学生分析和解决实际问题的能力。1.2 工程实践综合训练任务（1）熟悉THJ-2型高级过程控制装置的各部分组成及其工作原理；（2）熟悉THJ-2型智能仪表控制系统、远程数据采集系统的工作原理；（3）掌握传感器特性的认识和零点迁移、自动化仪表的初步使用变频器的原理和初步使用以及电动调节
2、阀的调节特性和原理；（4）初步了解组态软件的组态原理；（5）对一被调参数组成闭合回路调试系统，获得满意曲线；（6）常规故障处理；（7）撰写实训报告。第2章 THJ-2型高级过程控制对象系统的概述2.1 系统简介“THJ-2型高级过程控制对象系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置，该装置是本企业根据自动化及其它相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出了一套全新的实验装置，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈
3、反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成DDC，DCS，PLC，FCS 等多种控制系统。该实验装置既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供物理模拟对象和实验手段。2.2 系统组成本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。系统动力支路分两路：一路由三（380V交流）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。2.2.1 被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅
4、炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。 上、中、下水箱采用优质淡红色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。水箱结构非常独特，有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶液位单回路控制实验和双闭环、三闭环液位串级控制等实验。储水箱是采用不锈钢板制成，尺寸为：长宽高=68cm5243 完全能满足上、中、下水箱的实验需要。储
5、水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙，由二层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度单回路实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度，可完成温度的串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。管道：整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀打开将水直接排出。2.2.2 检测装置压力传感器
6、、变送器：采用工业用的扩散硅压力变送器，含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串接24V直流电源。流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对电动调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。涡轮流量计型号：LWGY-10，流量范围：01.2m3/h，精度：1.0%。输出：420mA标准信号。本装置用了三套涡轮流量传感器、变送器。2.2.3 执行机构电动调节阀：采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。电动调节阀型号为：QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量
7、轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，控制信号为420mA DC或15V DC，输出420mA DC的阀位信号，使用和校正非常方便。第3章 MCGS组态软件概述3.1 软件介绍 MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于 Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动
8、画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。3.2 MCGS组态软件的系统构成3.2.1 MCGS组态软件的整体结构MCGS 5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助
9、用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。 MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Progr
10、am子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。3.2.2 MCGS组态软件五大组成部分CGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与
11、驱动设备用的数据变量。用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。图3.2.2 组态软件结构3.2.3 MCGS组态软件的功能和特点与国内外同类产品相比，MCGS 5.1组态软件具有以下特点：全中文、可视
12、化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。简单易学的类Basic脚本
13、语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS 5.1还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。
14、良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS 5.1组态软件的功能，并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并提供完善的用户权限控制。3.2.4 MCGS组态软件的操作实践通过这段时间的MCGS组态软件学习,制作了水位控制系统工程。工程效果图如下： 图3.2.4 第4章 实训内容4.1实训项目1：THJ-2型仪表系统调试4.1.1
15、 实训内容概述本实训系统的被控对象为上水箱，其液位高度作为系统的被控制量。系统的给定信号为一定值，它要求被控制量上水箱的液位在稳态时等于给定值。反馈控制的原理可知，应把上水箱的液位经传感器检测后的信号作为反馈信号。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下无静差，系统的调节器应为PID。4.1.2 实训接线（1）三相电源输出u、v、w接到380v三相磁力泵的u、v、w输入端。（2）单相的L、N端接到智能调节仪电源的L、N端。（3）单相的L、N端接到电动调节阀电源的L、N端。（4）上水箱液位LT1信号+、-端对应接到智能调节仪1、2端。（5）调节仪输出7、5端对应接到电动调节阀控制信号输入+、-端。
16、4.1.3 实训步骤（1）按要求，完成系统的接线。（2）接通总电源和相关仪表的电源。（3）打开阀F1-1、F1-2、F1-6和F1-9，且把F1-9控制在适当的开度。（4）选用单回路控制系统实训中所述的某种调节器参数的整定方法整定好调节器的相关参数。（5）设置好系统的给定值后，用手动操作调节器的输出，使电动调节阀给上水箱打水，待其液位达到给定量所要求的值，且基本稳定不变时，把调节器切换为自动，使系统投入自动运行状态。（6）启动计算机，运行MCGS组态软件软件，并进行实验。（7）适量改变PI的参数，用计算机记录不同参数时系统的响应曲线。4.1.4 调试结果及曲线图4.1.4-1图4.1.4-24
17、.2 实训项目2：THJ-2型远程控制系统调试4.2.1 实训内容概述本实训系统的被控对象为上水箱，其液位高度作为系统的被控制量。系统的给定信号为一定值，它要求被控制量上水箱的液位在稳态时等于给定值。反馈控制的原理可知，应把上水箱的液位经传感器检测后的信号作为反馈信号。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下无静差，系统的调节器应为PID。4.2.2 实训接线（1）将三相电源的输出端U、V、W对应连接到三相磁力泵（380V）的U、V、W，将电动调节阀的220V输入端L、N接至单相电源的3L、3N端。并将上水箱液位钮子开关拨到“ON”的位置。（2）将LT1上水箱（也可选中水箱或下水箱）液位的+、-
18、端相应接到7017模块第一通道A/I0的+、-端，将7024模块第一输出通道A/O0的正端接到24V开关电源的正端，将7024模块第一输出通道A/O0的负端接到电动调节阀420mA输入正端，电动调节阀420mA输入负端接到24V开关电源的负端。用通讯电缆线连接到7017、7024的485通讯接口，再通过485/232转换器连接到计算机COM2口上。4.2.3 实训步骤（1）按上述要求连接实训系统,并将对象相应的水路打开(打开阀F1-1、F1-2和F1-6，且将阀F1-9开至一适当开度，其余与本实训无关的阀门均关闭)。（2）用电缆线将对象和远程数据采集控制台连接起来。（3）合上远程数据采集控制台
19、的电源，给7017、7024模块加上24V电源。（4）打开MCGS上位机组态软件，并进入相应的实训内容。（5）启动对象的总电源，并合上相关的电源（三相电源、单相、24V电源）。（6）按单回路调节器参数的整定方法（具体见THJ-2高级过程控制系统实训指导书）整定好调节器的相关参数。（7）设置好系统的给定值后，手动操作7024模块的输出，通过电动调节阀支路给上水箱打水，待其液位达到给定值，且基本稳定不变时，把输出切换为自动，使系统投入自动运行状态。（8）当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增/减5%15%），观察系统的输出响应曲线。（9）待系统进入稳态后，启动变频器-磁力泵支路，适量改变阀F2
20、-3开度（加扰动），观察在阶跃扰动作用下液位的变化过程。通过反复多次调节PI的参数，使系统具有较满意的动态性能指标。4.2.4 调试结果及曲线图4.2.4-1图4.2.4-2 第5章 故障分析与处理（1）首次THJ-2型仪表系统调试时，发现实际的水位值和电脑接收到的数值不匹配。当水位达到8CM的时候，计算机接收到的数据为5CM，通过调试水位传感器使二者同步。（2）在做上水箱实验的时候，水箱进水量比电脑接收到的数值大，经过检查是由于中水箱阀门没有关闭。所以在做某一水箱实验的时候除了该水箱阀门打开外其余的均要关闭。（3）在调节PID参数时，首先调节比例度（比例系数的倒数),观察曲线。若数据波动过大
21、，则通过调节积分项使得曲线趋于稳定。实训心得经过近两周的努力，我的工程实训顺利结束。这段时间里，在沈老师的精心指导下，我学到了很多东西。了解了THJ-2型高级过程控制对象系统设备，初步掌握了MCGS组态软件的使用，同时学会了运用仪表、计算机和plc对水位的控制。通过这次工程实训，我深刻的体会到了实践和理论的区别与联系，让我明白怎么样才能把理论应用于实践。刚开始工程实训时，很多的东西虽然在理论上有一定的了解，但当我们真真的做起来时却发现处处都有难度。比如PID的调试，以前一直停留在理论上没有真正实践过，刚开始遇到了不少困难，后来通过耐心的摸索，终于掌握了调试的方法。开始一切都是那样的陌生，但是随
22、着工程实训的进行，慢慢的我们便熟悉了。这次实训，加深了我对许多知识点的理解，同时认识到各个学科之间互相联系的必要性，只有活学活用才能让我们更加掌握所学知识。在这次工程实训中，我得到了锻炼，但是也感觉到了自己的不足。因此，我必须在剩下的的时间里对自己提高要求，让自己适应社会潮流，满足社会需要。在此我忠心的感谢学校给我们提供的这次工程实训的机会，同时也要感谢沈老师对我的指导和同学们对我的帮助。电气信息学院工程实践训练评分表项 目评 价优良中及格差硬件测试或软件调试完成情况*(40%)完成任务情况(10%)独立工作能力(10%)设计说明书质量(20%)答辩情况(10%)组织纪律性（出勤率）(10%)综 合 评 分 指导教师签名：_ 日 期：_
